AHR信号通路抑制I型干扰素应答介导抗结核免疫的机制研究

Although aryl hydrocarbon receptor (AHR) was initially recognized as the receptor for various environmental toxins and mediator of the toxic effects of dioxins, a number of recent studies have examined the functions of AHR in the immune system. Our preliminary data has shown AHR signaling in macrophages and monocytes could be activated after Mtb infection in vitro and in vivo. Specifically, AHR inhibits Mtb-induced IFN-β expression, which contributes to immunopathology of tuberculosis. AHR-/- macrophages also show decreased ability to clear bacteria. Furthermore, AHR promotes IL-1β transcription and protein cleavage after Mtb infection. Based on above findings, we hypothesize that after activation in macrophages, AHR promotes Mtb clearance through inhibition of type I IFNs in an IL-1β-dependent or –independent manner. In this proposal, we will further clarify the underlying mechanisms through which AHR regulates type I IFN signaling during Mtb infection using human AHR-/- macrophages and AHR conditional knock-out mouse model. The results of this study will provide insights into the crosstalk mechanism between AHR and type I IFN signaling, and identify novel immunotherapeutic targets for tuberculosis.

传统被认为是环境污染受体和化学毒性反应介导者的AHR，其对免疫系统的调控效应与分子机制是近年来研究热点。我们前期发现结核菌感染后无论是体内还是体外均激活巨噬/单核细胞AHR通路；AHR通路抑制结核菌诱导的IFN-β基因表达，而I型IFN应答在结核发病过程中发挥免疫病理性作用；人AHR-/-巨噬细胞清除结核菌能力显著降低；AHR促进IL-1β基因转录及蛋白成熟。为此提出“结核菌感染巨噬细胞后激活AHR通路，通过IL-1β依赖及非依赖途径抑制I型IFN介导的病理性应答，进而促进结核菌清除”的科学假说。本项目借助前期建立的人AHR-/-巨噬细胞和AHR条件性敲除小鼠模型，通过免疫学、生物化学、分子生物学等多种技术探讨AHR直接/间接调控I型IFN应答的分子机制，项目完成将阐明结核菌感染过程中AHR通路和I型IFN通路之间的“信号会话”机制，为结核病免疫干预策略提供科学依据和新的靶点。

芳香烃受体（AHR）是一种配体激活的转录因子，属于碱性螺旋-环-螺旋（bHLH）转录因子家族成员。既往AHR一直被认为是一种环境污染受体和化学毒性反应的介导者，但近年来AHR对免疫系统的调控效应与分子机制是研究热点，本项目正是探讨结核菌感染巨噬细胞后AHR 和I 型IFN 通路之间“信号会话”机制。本项目研究内容包括：（1）针对研究内容一，发现结核菌感染在体内也可以激活AHR通路，而随着细菌的清除又逐渐恢复正常；体外研究发现无论哪一种结核菌株，感染巨噬细胞都可以诱导TDO2、IDO1表达上调；在结核菌感染过程中加入AHR激动剂，发现可以显著抑制I型干扰素尤其IFN-β的表达；使用慢病毒介导的CRISPR/Cas9技术定向敲除巨噬细胞AHR基因，并经过WB印记技术和功能学进行验证；发现结核菌刺激下AHR-/-细胞株在不同时间点磷酸化TBK1水平显著升高。（2）针对研究内容二，使用荧光标记的H37Ra毒株感染分化成熟的巨噬细胞，在不同时间点AHR-/-细胞株内细菌载量、荧光强度均显著增强；通过裂解细胞进行CFU涂板计数证实AHR-/-细胞中细菌载量显著上升；进一步动物体内实验发现AHR-/-小鼠感染结核菌后死亡率更高，且肺部细菌载量更高。借助ImageStream成像流式系统在单细胞层面对结核菌和溶酶体进行分析，发现AHR-/-细胞内细菌载量的确明显高于野生型，但AHR敲除未影响溶酶体融合过程。（3）针对研究内容三，利用前期建立的结核病临床队列，利用定量PCR检测发现活动性结核病患者PBMC中IFIT1、MX1、OAS1基因表达均上调，而且随着抗结核治疗的深入，上述基因均逐步恢复正常；同时发现未治疗结核患者血浆IL-1β水平上调，但是与抗结核治疗无明显相关性；结核菌阳性与阴性患者，在不同时间点IL-1β水平均无显著差异；发现结核菌感染AHR-/-细胞株后，IFN-β、IFN-α4基因表达显著上调，而IL-1β基因在敲除细胞中表达显著下调。项目完成不仅初步阐明结核菌感染过程中AHR和I 型IFN通路之间的“信号会话”机制，更为结核病免疫干预提供新的靶点。